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不可压缩流体恒定流动量定律实验 一、实验目的要求： １．验证不可压缩流体恒定流的动量方程； ２．通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研究，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理； ３．了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。 动量定律实验装置图 1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 水位调节阀5. 恒压水箱 6. 管嘴 7. 集水箱 8. 带活塞的测压管9. 带活塞和翼片的抗冲平板 10. 上回水管 二、 HYPERLINK /k/405/experiment/liangce/DLhlp.htm 实验原理 恒定总流动量方程为 取脱离体，因滑动摩擦阻力水平分离，可忽略不计，故x方向的动量方程化为 ??????? 即 式中:——作用在活塞形心处的水深； ????? D——活塞的直径； ????? Q——射流流量； ??? ——射流的速度； ??? ——动量修正系数。 ? 实验中，在平衡状态下，只要测得Q流量和活塞形心水深，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可验证动量方程，并率定射流的动量修正系数值。其中，测压管的标尺零点已固定在活塞的园心处，因此液面标尺读数，即为作用在活塞园心处的水深。 三、实验方法与步骤 １．准备：熟悉实验装置各部分名称、结构特征、作用性能，记录有关常数。 ２．开启水泵：打开调速器开关，水泵启动２～３分钟后，关闭２～３秒钟，以利用回水排除离心式水泵内滞留的空气。 ３．调整测压管位置：待恒压水箱满顶溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直、螺丝对准十字中心，使活塞转动松快。然后旋转螺丝固定好。 ４．测读水位：标尺的零点已固定在活塞园心的高程上。当测压管内液面稳定后，记下测压管内液面的标尺读数，即hｃ值。 ５．测量流量：用体积法或重量法测流量时，每次时间要求大于20秒，若用电测仪测流量时，则须在仪器量程范围内。均需重复测三次再取均值。 ６．改变水头重复实验：逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按３－５步骤重复进行实验。 ７．验证?2x≠０对Ｆｘ的影响：取下平板活塞，使水流冲击到活塞套内，调整好位置，使反射水流的回射角度一致，记录回射角度的目估值、测压管作用水深ｈc′和管嘴作用水头Ｈ０。 四、 HYPERLINK /k/405/experiment/liangce/DLfxtl.htm 实验分析与讨论  HYPERLINK /k/405/experiment/liangce/dlfxtl.htm \l x 1、实测β与公认值(β=1.02～1.05)符合与否？如不符合，试分析原因。 参考答案: 实测β=1.035与公认值符合良好。(如不符合，其最大可能原因之一是翼轮不转所致。为排除此故障，可用4B铅笔芯涂抹活塞及活塞套表面。)  HYPERLINK /k/405/experiment/liangce/dlfxtl.htm \l x 2、带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量力有无影响？为什么？ 参考答案: 无影响。因带翼片的平板垂直于x轴，作用在轴心上的力矩T，是由射流冲击平板是，沿yz平面通过翼片造成动量矩的差所致。即 ??????????????????? 式中 Q——射流的流量； ——入流速度在yz平面上的分速； ——出流速度在yz平面上的分速； ——入流速度与圆周切线方向的夹角，接近90°； ——出流速度与圆周切线方向的夹角； ——分别为内、外圆半径。 该式表明力矩T恒与x方向垂直，动量矩仅与yz平面上的流速分量有关。也就是说平板上附加翼片后，尽管在射流作用下可获得力矩，但并不会产生x方向的附加力，也不会影响x方向的流速分量。所以x方向的动量方程与平板上设不设翼片无关。  HYPERLINK /k/405/experiment/liangce/dlfxtl.htm \l x 3、通过细导水管的分流，其出流角度与相同，试问对以上受力分析有无影响？ 参考答案: 无影响。当计及该分流影响时，动量方程为 即 该式表明只要出流角度与垂直，则x方向的动量方程与设置导水管与否无关。  HYPERLINK /k/405/experiment/liangce/dlfxtl.htm \l x 4、滑动摩擦力为什么可以忽略不记？试用实验来分析验证的大小，记录观察结果。(提示：平衡时，向测压管内加入或取出1mm左右深的水，观察活塞及液位的变化) 参考答案: 因滑动摩擦力5,故可忽略而不计. 如第三次实验，此时=19.6cm，当向测压管内注入1mm左右深的水时，活塞所受的静压力增大，